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Im Projekt ATom wurden umfassende Messungen der Atmosphäre vorgenommen © APA (AFP)
Im Projekt ATom wurden umfassende Messungen der Atmosphäre vorgenommen © APA (AFP)

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Forscher entdeckten Schwefelverbindung erstmals in der Atmosphäre

05.03.2020

Erstmals haben Forscher eine Schwefelverbindung in der Atmosphäre entdeckt, die bisher nur aus dem Labor bekannt war. Dieses Molekül spielt eine wichtige Rolle im marinen Schwefelkreislauf, der die Bildung von Wolken über den Ozeanen und damit das Klima beeinflusst, berichtet das Forscherteam, dem auch österreichische Wissenschafter angehören, im Fachjournal "Pnas".

Im Projekt "Atmospheric Tomography Mission" (ATom) wurden umfassende Messungen der Atmosphäre vorgenommen. Mit einem Forschungsflugzeug der NASA wurden über dem Pazifik und Atlantik von der Arktis bis zur Antarktis kontinuierlich Daten über Partikel, Wolken und Gase in der Atmosphäre gesammelt. Die zum fliegenden Labor umgebaute DC-8 flog dazu in einer Art Achterbahnfahrt zwischen Höhen von 0,2 bis zwölf Kilometern über dem Meer. Bernadett Weinzierl, Maximilian Dollner und Agnieszka Kupc von der Forschungsgruppe Aerosolphysik und Umweltphysik der Universität Wien haben mit ihren bei der ATom-Mission erhobenen Wolken- und Aerosoldaten zu den Auswertungen beigetragen.

Bei der dritten von insgesamt vier Messkampagnen entdeckte Patrick Veres von der US-Klimabehörde NOAA die Schwefelverbindung Hydroperoxymethyl thioformate (HPMTF) im Massenspektrometer an Bord des Flugzeugs. Bei der vierten Kampagne wurde dieser Befund bestätigt.

Von Algen in Atmosphäre abgegeben

HPMTF ist ein Abbauprodukt von Dimethylsulfid (DMS). Diese Verbindung wird von mikroskopisch kleinen, im Meer lebenden Algen (Phytoplankton) in die Atmosphäre abgegeben. Pro Jahr gelangen so geschätzte zehn bis 35 Millionen Tonnen aus dem Meerwasser in die marine Atmosphäre. DMS ist damit die größte natürliche Schwefelquelle für die marine Atmosphäre.

Aus DMS entsteht in weiteren Reaktionen Sulfataerosol, das eine große Rolle bei der Bildung von Wolken über den Ozeanen spielt. Durch den Nachweis von HPMTF in der Atmosphäre ist ein weiterer Reaktionspfad zur Entstehung von Sulfataerosolen hinzugekommen. HPMTF verlangsamt die DMS-Oxidation, sodass Sulfataerosol auch an von der Emission entfernten Gebieten, etwa in den Polarregionen, entstehen kann.

Über diesen Abbauprozess von DMS wurde bereits seit einigen Jahren theoretisch spekuliert. Erst im Vorjahr gelang es einem Forscherteam um den Ionenphysiker Armin Hansel von der Universität Innsbruck im Labor, diesen Reaktionsweg nachzustellen. Für Veres ist der nunmehrige Nachweis der Verbindung in der Atmosphäre "eine bedeutende Entwicklung in unserem Verständnis des marinen Schwefelkreislaufs. Das zeigt uns, dass unser Wissen unvollständig ist und wir noch einiges zu tun haben, um den Einfluss dieses Kreislaufs auf unser sich änderndes Klima besser vorherzusagen".

Die Wissenschafter schätzen, dass mehr als 30 Prozent des marinen DMS nach seinem Austritt in die Atmosphäre HPMTF bildet - was die Verbindung zu einem bedeutenden und bisher unbekannten Reservoir von klimarelevantem Schwefel macht. "Das ist ein großes Stück des Schwefelkuchens", so Veres. Noch sind aber viele Details unklar, etwa der Lebenszyklus von HPMTF. Die Wissenschafter arbeiten daher im Labor daran, HPMTF besser zu verstehen, etwa die Geschwindigkeit, mit der es sich bildet und mit der es reagiert, um andere Moleküle in der Atmosphäre zu bilden.

Service: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1919344117

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